CN109269543A - 一种传感光纤温度应变同时标定装置 - Google Patents

一种传感光纤温度应变同时标定装置 Download PDF

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Abstract

一种传感光纤温度应变同时标定装置，包括待标定传感光纤、光纤标定装置、用于测量待标定传感光纤的基于布里渊散射单脉冲的应变和温度的基于布里渊散射的分布式光纤检测系统；且待标定传感光纤的一端与光纤标定装置相连，待标定传感光纤的另一端与基于布里渊散射的分布式光纤检测系统相连；光纤标定装置还连接有应变仪和温度检测仪，应变仪、温度检测仪和基于布里渊散射的分布式光纤检测系统均与中央处理器电连接。中央处理器接收并处理温度信息、梁板的应变、温度补偿板的应变、基于布里渊散射单脉冲的应变和温度并得到待标定传感光纤的应变系数和温度系数，以完成对待标定传感光纤待标定传感光纤的应变与温度的同时标定。

Description

一种传感光纤温度应变同时标定装置
技术领域
本发明涉及光电技术中的分布式光纤传感技术领域，尤其涉及一种传感光纤温度应变同时标定装置。
背景技术
分布式光纤是一种利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质的传感系统，利的，但人们可以利用这种效应对光纤进行测量。光在光纤中传播时，从光纤返回的后向散射光有三种成分，时域分布光纤检测系统按光的载体可分为三种形式：基于拉曼散射的分布式光纤检测系统、基于瑞利散射的分布式光纤监测系统和基于布里渊散射的分布式光纤检测系统(BOTDR)，后一种形式是国际上近年来才研发出来的一项尖端技术。
基于布里渊散射的分布式光纤检测系统(BOTDR)是一种利用光在光纤内散射光频率变化来测量光纤应变(温度)变化的一种技术，可对温度和应变进行同时测量，其工作原理是：光纤两端的激光发射器分别给光纤注入一束脉冲光和一束连续光，当脉冲光与连续光的频率差与光纤中某个区间的布里渊频移相等时，该区域就会发生受激布里渊放大效应，两束光之间发生能量转移。当光纤沿线的温度发生变化或者存在轴向应变时，光纤中的背向布里渊散射光的频率将发生漂移，频率的漂移量与光纤应变和温度的变化呈良好的线性关系，通过测量光纤中的背向布里渊散射光的频率漂移量，就可以得到光纤沿线温度和应变的分布信息。在将通信用的单模光纤作为分布式的传感光纤之前，必须进行标定。
在标定光纤中常采用的是温度和应变标定，温度标定常采用恒温水浴或油浴，逐级改变温度，进行标定得到温度响应系数；应变标定有定滑轮式测应变、等强度梁式测应变和高准确度位移平台测应变三种形式，不足之处有：
(1)在标定温度时，所用设备体积巨大、材料及能源耗费严重；
(2)在标定应变时，温度的波动会再次增加应变标定的误差；
(3)温度和应变的分别标定，过程繁琐，降低了标定效率。
鉴于以上原因，迫切需要一种传感光纤温度应变同时标定装置，提高当前的传感光纤标定精度和标定效率。
发明内容
为解决现有技术中的传感光纤温度和应变分别标定时存在的过程繁琐、标定效率低下的缺点，本发明提供一种传感光纤温度应变同时标定装置，该装置可以对分布式光纤进行精确高效地标定。
本发明采用的技术方案是：
本申请实施例提供一种传感光纤温度应变同时标定装置，所述装置包括待标定传感光纤、用于对所述待标定传感光纤进行温度应变同时标定的光纤标定装置、用于测量所述待标定传感光纤的基于布里渊散射单脉冲的应变和温度的基于布里渊散射的分布式光纤检测系统；且所述待标定传感光纤的一端与所述光纤标定装置相连，所述待标定传感光纤的另一端与基于布里渊散射的分布式光纤检测系统相连；
所述光纤标定装置还连接有应变仪和温度检测仪，所述应变仪、所述温度检测仪和所述基于布里渊散射的分布式光纤检测系统均与中央处理器电连接；
所述光纤标定装置包括壳体，所述壳体内具有相互独立的第一内腔和第二内腔，第一内腔位于第二内腔的上方；所述温度检测仪具有若干个用于采集第一内腔内的温度的热电偶，且所述热电偶等间距的设置在所述第一内腔的内壁上；所述温度检测仪通过所述热电偶采集所述第一内腔内的温度信息并将所述温度信息输送给所述中央处理器；所述第二内腔内设有用于加热的加热件；
所述第一内腔内还设有附属元件，所述附属元件包括上下间隔设置的梁板和温度补偿板，所述温度补偿板位于所述梁板的下方，且所述温度补偿板的左端和所述梁板的左端通过连接架固定相连；所述梁板左端的上表面上设有压电片和若干个用于检测所述梁板的应变的第一应变片；所述温度补偿板的上表面上设有若干个用于检测所述温度补偿板的应变的第二应变片；
所述第一应变片和所述第二应变片均与所述应变仪相连，所述第一应变片和所述第二应变片分别将采集到的所述梁板的应变和所述温度补偿板的应变输送给所述应变仪；所述应变仪将接收的所述梁板的应变和所述温度补偿板的应变输送输送给所述中央处理器；
所述附属元件还包括容纳箱，所述待标定传感光纤放置在所述容纳箱内，且所述待标定传感光纤的一端贯穿所述容纳箱并缠绕在所述梁板的中间上，所述待标定传感光纤的另一端贯穿所述容纳箱并与所述基于布里渊散射的分布式光纤检测系统相连；所述基于布里渊散射的分布式光纤检测系统采集所述待标定传感光纤的基于布里渊散射单脉冲的应变和温度，并将所述基于布里渊散射单脉冲的应变和温度输送给中央处理器；
所述中央处理器接收并处理所述温度信息、所述梁板的应变、所述温度补偿板的应变、所述基于布里渊散射单脉冲的应变和温度并得到所述待标定传感光纤的应变系数和温度系数，以完成对所述待标定传感光纤待标定传感光纤的应变与温度的同时标定。
进一步的，所述附属元件固定在所述第一内腔中。
进一步的，所述压电片连接有第一电源。
进一步的，所述加热件包括陶瓷加热片，且所述陶瓷加热片连接有第二电源和开关。
进一步的，所述温度检测仪具有三个用于采集第一内腔内的温度的热电偶。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明所述装置能同时标定温度和应变，标定效率高。
2、本发明所述装置，采用陶瓷作为加热介质对待标定传感光纤均匀加热，成本低。
3、本发明所述装置基于BOTDR技术，标定精度高。
4、本发明所述装置植入了应变仪、温度检测仪、计算机系统和基于布里渊散射的分布式光纤检测系统，自动化程度高、可操控性强。
5、本发明所述装置采用由多个热电偶组成的标准热电偶组，数据更加精确。
附图说明
图1是一实施例中本发明的整体结构示意图；
图2是一实施例中光纤标定装置的结构示意图；
图3是一实施例中附属元件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照附图，本实施例提供一种传感光纤温度应变同时标定装置，所述装置包括待标定传感光纤1、用于对所述待标定传感光纤1进行温度应变同时标定的光纤标定装置2、用于测量所述待标定传感光纤1的基于布里渊散射单脉冲的应变和温度的基于布里渊散射的分布式光纤检测系统6；且所述待标定传感光纤的一端与所述光纤标定装置2相连，所述待标定传感光纤的另一端与基于布里渊散射的分布式光纤检测系统6相连；
具体，缠绕在梁板33上的这部分的待标定传感光纤1的长度是1.2m。
所述光纤标定装置2还连接有应变仪3和温度检测仪4，所述应变仪3、所述温度检测仪4和所述基于布里渊散射的分布式光纤检测系统6均与中央处理器5电连接；
具体的，所述待标定传感光纤1为分布式光纤，是一种传感敏感元件和传输信号介质，可将感知到的信息(沿着分布式光纤不同位置的温度和应变的变化)传给基于布里渊散射的分布式光纤检测系统6。
具体的，所述的基于布里渊散射的分布式光纤检测系统6用于测量基于布里渊散射单脉冲的应变和温度，并将布里渊信号转换成电信号，且以数据形式通过以太网口传给所述中央处理器5(计算机系统)，以进行数据的综合处理。
所述光纤标定装置2包括壳体21，所述壳体21内具有相互独立的第一内腔22和第二内腔26，第一内腔22位于第二内腔26的上方；所述温度检测仪4具有若干个用于采集第一内腔22内的温度的热电偶23，且所述热电偶23等间距的设置在所述第一内腔26的内壁上；所述温度检测仪4通过所述热电偶23采集所述第一内腔内的温度信息并将所述温度信息输送给所述中央处理器5；所述第二内腔26内设有用于加热的加热件25；
具体的，所述加热件25用于对光纤标定装置2逐级均匀加热；所述的第一内腔内放置有3个标准的热电偶23，且3个标准的热电偶23均匀分布在所述第一内腔22中，用于监测所述光纤标定装置2内部的温度变化；所述的温度检测仪4通过所述热电偶23采集所述光纤标定装置2的温度信息，并将所述温度信息通过以太网口传给中央处理器5(即计算机系统)；
所述第一内腔22内还设有附属元件24，所述附属元件24包括上下间隔设置的梁板33和温度补偿板34，所述温度补偿板34位于所述梁板33的下方，且所述温度补偿板34的左端和所述梁板33的左端通过连接架固定相连；所述梁板33左端的上表面上设有压电片31和若干个用于检测所述梁板33的应变的第一应变片35；所述温度补偿板34的上表面上设有若干个用于检测所述温度补偿板34的应变的第二应变片37；
所述第一应变片35和所述第二应变片37均与所述应变仪3相连，所述第一应变片35和所述第二应变片37分别将采集到的所述梁板33的应变和所述温度补偿板34的应变输送给所述应变仪3；所述应变仪3将接收的所述梁板33的应变和所述温度补偿板34的应变输送输送给所述中央处理器5；
具体的，所述梁板33是等强度梁，所述的压电片31产生应变激励，并固定在梁板33根部(即左端)，通过外界电压(第一电源)作用，使梁板33产生应变；进一步的，所述第一电源带有可调节第一电源输出电压大小的电压调节器。
具体的，第一应变片35用来检测梁板33的应变，并将所述梁板33的应变传递给应变仪3；第二应变片37用来检测温度补偿板34的应变，作为参考值，且第二应变片37将所述温度补偿板34的应变传递给所述应变仪3，所述应变仪3对所述梁板33的应变数据和所述温度补偿板的应变数据进行处理，并将处理后的结果传送给中央处理器5。
所述附属元件24还包括容纳箱36，所述待标定传感光纤1放置在所述容纳箱36内，且所述待标定传感光纤1的一端32贯穿所述容纳箱36并缠绕在所述梁板33的中间上，所述待标定传感光纤1的另一端贯穿所述容纳箱36并与所述基于布里渊散射的分布式光纤检测系统6相连；所述基于布里渊散射的分布式光纤检测系统6采集所述待标定传感光纤1的基于布里渊散射单脉冲的应变和温度，并将所述基于布里渊散射单脉冲的应变和温度输送给中央处理器5；
具体的，所述容纳箱36中自由放置有所述待标定传感光纤1，所述容纳箱36既起到容纳所述待标定传感光纤1的作用，又能避免所述待标定传感光纤1与壳体21接触，起到隔离作用。
所述中央处理器5接收并处理所述温度信息、所述梁板33的应变、所述温度补偿板34的应变、所述基于布里渊散射单脉冲的应变和温度并得到所述待标定传感光纤1的应变系数和温度系数，以完成对所述待标定传感光纤1待标定传感光纤的应变与温度的同时标定。
具体的，所述光纤标定装置2是分本发明的核心部分，用于分布式传感光纤温度应变同时标定。待标定传感光纤1一端与基于布里渊散射的分布式光纤检测系统6相连接，基于布里渊散射的分布式光纤检测系统6用于测量基于布里渊散射单脉冲的应变和温度，并将布里渊信号转换成电信号，以数据形式通过以太网口传给计算机系统5，进行数据的综合处理。
所述中央处理器5主要实现数据接收、原始曲线和数据查询、动态直方显示，温度值、应变值及应力值自动识别和曲线报表与报告的综合处理，并具有打印和输出功能，通过中央处理器5的综合分析处理，得到待标定传感光纤1的应变系数和温度系数，即完成分布式传感光纤应变与温度的同时标定。
进一步的，所述附属元件24固定在所述第一内腔22中。
进一步的，所述压电片31连接有第一电源。
进一步的，所述加热件25包括陶瓷加热片，且所述陶瓷加热片连接有第二电源和开关。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的例举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种传感光纤温度应变同时标定装置，其特征在于：所述装置包括待标定传感光纤、用于对所述待标定传感光纤进行温度应变同时标定的光纤标定装置、用于测量所述待标定传感光纤的基于布里渊散射单脉冲的应变和温度的基于布里渊散射的分布式光纤检测系统；且所述待标定传感光纤的一端与所述光纤标定装置相连，所述待标定传感光纤的另一端与基于布里渊散射的分布式光纤检测系统相连；
所述光纤标定装置还连接有应变仪和温度检测仪，所述应变仪、所述温度检测仪和所述基于布里渊散射的分布式光纤检测系统均与中央处理器电连接；
所述光纤标定装置包括壳体，所述壳体内具有相互独立的第一内腔和第二内腔，第一内腔位于第二内腔的上方；所述温度检测仪具有若干个用于采集第一内腔内的温度的热电偶，且所述热电偶等间距的设置在所述第一内腔的内壁上；所述温度检测仪通过所述热电偶采集所述第一内腔内的温度信息并将所述温度信息输送给所述中央处理器；所述第二内腔内设有用于加热的加热件；
所述第一内腔内还设有附属元件，所述附属元件包括上下间隔设置的梁板和温度补偿板，所述温度补偿板位于所述梁板的下方，且所述温度补偿板的左端和所述梁板的左端通过连接架固定相连；所述梁板左端的上表面上设有压电片和若干个用于检测所述梁板的应变的第一应变片；所述温度补偿板的上表面上设有若干个用于检测所述温度补偿板的应变的第二应变片；
所述第一应变片和所述第二应变片均与所述应变仪相连，所述第一应变片和所述第二应变片分别将采集到的所述梁板的应变和所述温度补偿板的应变输送给所述应变仪；所述应变仪将接收的所述梁板的应变和所述温度补偿板的应变输送输送给所述中央处理器；
所述附属元件还包括容纳箱，所述待标定传感光纤放置在所述容纳箱内，且所述待标定传感光纤的一端贯穿所述容纳箱并缠绕在所述梁板的中间上，所述待标定传感光纤的另一端贯穿所述容纳箱并与所述基于布里渊散射的分布式光纤检测系统相连；所述基于布里渊散射的分布式光纤检测系统采集所述待标定传感光纤的基于布里渊散射单脉冲的应变和温度，并将所述基于布里渊散射单脉冲的应变和温度输送给中央处理器；
所述中央处理器接收并处理所述温度信息、所述梁板的应变、所述温度补偿板的应变、所述基于布里渊散射单脉冲的应变和温度并得到所述待标定传感光纤的应变系数和温度系数，以完成对所述待标定传感光纤待标定传感光纤的应变与温度的同时标定。
2.如权利要求1所述的一种传感光纤温度应变同时标定装置，其特征在于：所述附属元件固定在所述第一内腔中。
3.如权利要求1所述的一种传感光纤温度应变同时标定装置，其特征在于：所述压电片连接有第一电源。
4.如权利要求1所述的一种传感光纤温度应变同时标定装置，其特征在于：所述加热件包括陶瓷加热片，且所述陶瓷加热片连接有第二电源和开关。
5.如权利要求1所述的一种传感光纤温度应变同时标定装置，其特征在于：所述温度检测仪具有三个用于采集第一内腔内的温度的热电偶。
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